毕业设计论文：智能视力保健台灯.doc

Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 I 智能视力保健台灯 毕业设计论文 摘 要 台灯是晚上办公 学习场所必不可少的照明工具 然而 普通的台灯光线 强度只有一种 当室内环境光线的强弱改变时 台灯的光线强度不能改变 长 期使用会对视力产生不良的影响 因此 一种新型视力保健台灯应运而生 它 采用触摸开关控制 可在开灯后其亮度由暗逐渐变亮 关灯时亮度逐渐变暗 减小对眼睛的刺激 延长灯泡的使用寿命 可检测环境光线强度 自动调整灯 光亮度 使眼睛不易疲劳 保护视力 并可手动调光 使用十分方便 电路主 要由触摸开关电路 同步触发电路 调光缓变电路 自动和手动调光电路 LED 光源电路组成 关键词 关键词 视力保健台灯 触摸开关控制 调光缓变电路 LED 光源 自动调光 电路 Abstract Table lamps night office study site lighting tools is essential however the average light intensity is only one lamp When the intensity of light changes in indoor environment the lamp s light intensity can not change the long term use will have an adverse effect on visual acuity Therefore a new eye care lamps came into being which uses touch switch control the brightness in the dark after the lights gradually brighten lights gradually dimmed the brightness reduce stimulation of the eyes extend the use of light bulbs life can detect ambient light intensity and automatically adjusts the light levels so that the eye is not easy fatigue protect eyesight and can manually adjust light easy to use Circuit mainly by the touch Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 II switch circuit synchronous starting circuit dimming slowly varying circuits automatic and manual dimming circuit LED light source circuit Keywords Eye care lamps touch switch dimmer slowly varying circuit LED light source automatic dimming circuitry 目目 录录 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题背景 1 1 2 立体目的和意义 1 1 3 技术指标及要求 2 1 3 1 技术指标 2 1 3 2 任务要求 2 本章小结 2 第 2 章 方案论证 3 2 1 方案选择 3 2 2 方案框图 4 本章小结 4 第 3 章 单元电路的设计 5 3 1 触摸开关电路设计 5 3 1 1 CD4013 双上升沿 D 触发器的引脚图及引脚功能 5 3 1 2 CD4013 双上升沿 D 触发器构成的单稳态电路工作原理 7 3 1 3 CD4013 双上升沿 D 触发器构成的双稳态电路工作原理 7 3 2 整流稳压电路设计 8 3 2 1 整流桥的介绍 8 3 2 2 稳压二极管介绍 9 3 3 同步触发电路设计 10 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 III 3 3 1 单结管震荡电路 11 3 4 调光缓变电路设计 12 3 4 1 电容的选择 12 3 5 测光电路设计 13 3 5 1 光敏电阻的介绍 14 3 6 LED 光源电路设计 15 3 6 1 发光二极管介绍 15 本章小结 16 第 4 章 整机电路的工作原理 17 4 1 整机电路的原理 17 本章小结 17 第 5 章 电路的安装与调试及元器件的检测 18 5 1 整机电路安装步骤 18 5 2 电路的检测与调试 18 5 2 1 电路的检测 18 5 2 2 整机的调试 19 5 3 元件的检测 20 5 3 1 电容器的检测 20 5 3 2 发光二极管及整流二极管的检测 20 5 3 3 三极管的检测 21 5 3 4 电阻器与电位器的检测 21 本章小结 22 结 论 23 致 谢 24 参考文献 25 附录 1 译文 26 附录 2 英文参考资料 28 附录 3 整机原理图 31 附录 4 元器件表 32 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 1 第 1 章 绪 论 1 1 课题背景 随着经济水平的不断提高 视力健康问题已经 成为人们关注的焦点 据 教育部发布的 2009 年学生体质健康监测结果公告显示 学生视力不良检出率 居高不下 其中 7 至 12 岁小学生视力不良检出率为 32 5 初中生视力不 良检出率为 59 4 高中生视力不良检出率为 77 3 记者从各大医院眼科 门诊了解到 周末两天 前来就诊的病号特别多 更令人担忧的是 小病 号 呈逐年上升趋势 近视已成为威胁青少年学习 生活 参军乃至未来前 途的一大 杀手 眼科专家分析认为 长期以来学生课业负担过重 不得 不早起晚睡 光线太强或太弱导致眼疲劳过度 是导致近视的主要原因 于 是一种新型视力保健台灯应运而生 这种台灯采用触摸开关控制 可在开灯 后其亮度由暗逐渐变亮 关灯时亮度逐渐变暗 减小对眼睛的刺激 可检测 环境光线强度 自动或手动调整灯光亮度 使眼睛不易疲劳 保护视力 使 用十分方便 同时由于使用 LED 发光二极管 作为光源 使灯使用寿命大 大延长 LED 作为一种半导体器件耗电相当低 超低功耗 单管 0 03 0 06 瓦 电光功率转换接近 100 一般来说 LED 的工作电压是 2 3 6V 工作电 流是 0 02 0 03A 这就是说 它消耗的电能不超过 0 1W 相同照明效果比 传统光源节能 80 以上 不仅省钱同时也符合国家节能减排的要求 是未来 社会照明的一大趋势 1 2 立体目的和意义 光学专家王大衍院士警告 我们要重视光污染 要加强绿色照明 保护 眼睛免受强光的伤害 弱光下眼睛的过度疲劳 当前 因照明不善造成的青 少年近视患者越来越多 保护我们人类的 心灵之窗 已经成为一项重大工 程 LED 视力保健台灯是利用光电转换器 触摸开关控制和调光原理 可及 时定量判别某一工作面的照明是否符合照度标准的要求 如果过亮或太暗 可根据光线的强度自动调节灯亮度 从而对人的视力进行保护 LED 作为 点光源 是超级节能环保 超长寿命的新型绿色光源 与传统白炽灯 日光 灯 相比节能达 80 以上 据有关专家及权威报道 LED 光源不但节能环保 而且不含汞 铅及紫外线有害辐射 避免了对环境的二次污染 杜绝了因 荧光管节能灯 日光灯 的过量电磁辐射等有害因素而诱发皮肤病 黑斑 病 体内功能紊乱等疾病的发生 LED 光源 自然纯净 节能环保 无任何 辐射 是我国 十一五 计划重点推广应用节能环保 的新型光源之一 发光 效率高 光线持续稳定 无频闪 无眩光 无高频电磁辐射 这种节能灯泡 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 2 对视力有极大的保护作用 尤其是对需要长期用眼的学生的视力有极大的保 护作用 能有效地预防近视 1 3 技术指标及要求 1 3 1 技术指标 1 开灯后其亮度由暗逐渐变亮 关灯时亮度逐渐变暗 2 控制 40 个 LED 灯 3 自动调整灯光的亮度或可手动调光 4 渐亮与渐灭时间约 5 秒 1 秒 1 3 2 任务要求 1 电源电压 220V 2 独立完成自己的设计 原理性的可以参考一些课外知识 3 力求做到电路简单可靠 4 要尽量增加电路的功能 5 通过对不同方案的比较 选择比较适合你的设计思路的方案 6 要尽量用应所学过的知识进行设计和分析 本章小结 本章主要介绍了此次课题的背景 立体目的和意义 主要技术指标 从 本课题的技术指标来看 基本功能比较容易实现 但仍就需要我们进一步学习 和巩固所学的专业知识 注重培养自己的动手能力和分析电路原理图的能力 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 3 第 2 章 方案论证 2 1 方案选择 方案一 根据课题要求触摸开关电路可采用分立元件来实现 若采用 分立元件实现 那么该电路将具有结构简单 电路构建方便 结构紧凑等特 点 但是分立元件电路必须考虑系统的可靠性和实用性 即电路是否可以长 时间运作 根据分立元件传统完善的设计方法 分立元件电路要长时间稳定 的工作 必须提高应用系统的可靠性 提高可靠性须选用质量高的元器件 设计上留有余地 工艺严格把关 产品例行试验 因此势必造价高 所用元 件多 方案二 根据电路的设计要求 还可采用集成电路 CD4013 来实现 LED 视力保健台灯触摸开关电路的设计 视力保健台灯组成框图如图 2 1 所示 它主要由六部分组成 1 整流稳压电路 将 220v 交流电转换成电路所需直流电 稳压电 路 的性能决定电路的稳定性 是电路长时间工作的保障 2 同步触发电路 通过电容上的充放电速度 来改变晶闸管触发相位 角 使得晶闸管的导通角不同 从而使 LED 灯泡的亮度也不同 同时 改变 可变电阻器的阻值或改变三极管的内阻 即可改变容得充放电速度 达到调 光的目的 3 调光缓变控制 通过电容的充放电 来控制三极管的截止和饱和 使其内阻随着三极管的截止和饱和改变 来控制 LED 灯泡渐亮渐灭 4 测光电路 光敏电阻采集外界光线的强弱 来改变电阻值大小 从 而达到自动调节灯泡亮暗的过程 同时可以保证当光线强度突然变化时 灯 泡的亮度不会突然变化 5 触摸开关电路 触摸开关电路是由 D 触发器 CD4013 及其外围元件 组成的单稳态触发器和双稳态触发器构成 每触发一次金属片 触发器的输 出状态就翻转一次 控制晶闸管的导通 关断 从而控制了台灯的开关 6 LED 光源电路 依靠 LED 的发光特性提供照明所需亮度 照度应在 100Ix 以上 通过两种方案的比较 考虑到电路的稳定性 可靠性 经济性和实用性 可以看出集成电路更适合本次电路的设计 因此决定采用方案二实现此次电 路的设计 并且使用 CD4013 作为电路的触摸开关电路核心 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 4 2 2 方案框图 图 2 1 视力保健台灯电路的方框图 框图原理 电源接通后 当人体接触触摸开关时晶闸管导通 12v 电压开始 供电 此时调光缓变电路开始动作 灯的亮度逐渐由暗变亮 同时测光电路检 测环境温度 自动调整灯光的亮度 还可根据个人喜好进行手动调光 不论调 光缓变 测光 还是手动调光都是由同步出发电路控制加在 LED 两端的电压来 实现的 当再次接触触摸开关时 12v 电源停止供电 灯的亮度逐渐变暗 本章小结 本章通过集成电路和分立元件电路的优缺点比较 确定了本次电路设计 方案 采用集成电路 CD4013 实现触摸开关功能 主要原因是 CD4013 及其 外围电路具有功耗低 实用性强 开关速度快 抗干扰能力强 工作电压范 围宽 成本低 质量可靠等优点 CD4013 非常容易实现 脉冲的产生 整形 变换 并且检测和控制也很便利 220v 电源 触摸开关电路 同步触发及延时电路 调光缓变电路 测光电路 手动调光电路 LED 光源 整流稳压电路 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 5 第 3 章 单元电路的设计 视力保健台灯电路由触摸开关电路 整流稳压电路 同步触发电路 调 光缓变电路 手动调光电路 测光电路 LED 光源等组成 下面一一 介绍 单元电路的各个部分的功能与特点 以及设计思路 3 1 触摸开关电路设计 触摸开关电路由 CD4013 电容 电阻 触摸金属片 等组成 其实际是 CD4013 内部的双 D 触发器与外围电路构成一个单稳态电路和一个双稳态电路 实现的 顾名思义触摸电路是整个电路的控制系统 担负着电路的开关作用 如图 3 1 触摸开关电路工作原理如下 M 是触摸电极片 手指摸一下 M 人体泄漏的交流电在电阻 R12 上的压降 其正半周信号进入 CD4013A 的 3 脚即单稳态电路的 CP 端 使单稳态电路翻转进入暂态 其输出端 Q 即 1 脚由 原来的低电平跳变为高电平 此高电平经 R13 向 C4 充电 使 4 脚即 R 端电位 上升 当上升到复位电平时 单稳态电路复位 1 脚恢复低电平 所以每触摸 一次电极片 M 1 脚就输出一个固定宽度的正脉冲 此正脉冲将直接加到 CD4013B 的 3 脚即双稳态电路的 CP 端 使双稳态电路翻转一次 其输出端 Q 即 1 脚电平就改变一次 图 3 1 触摸开关电路 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 19 Dec 2010Sheet of File E 交交 交交交交交交 protel交交交 交交 DdbDrawn By S 6 CLK 3 D 5 R 4 Q 1 Q 2 A CD4013A S 6 CLK 3 D 5 R 4 Q 1 Q 2 A CD4013B R12 2M R13 5 1M R11 5 1M C4 0 22u 交交交交交 M 12V 交交交 VCC Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 6 3 1 1 CD4013 双上升沿 D 触发器的引脚图及引脚功能 CD4013 双上升沿 D 触发器定时器是一种中规模集成电路 只要在 外部配上适当的阻容元件 就可以方便的构成 触摸开关电路 在工业控制定 时电子乐器及防盗报警等方面应用很广 外引脚排列图如图 3 2 所示 表 3 1 CD4013 功能表 输入输出 CPD RnSnQ Q 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 保 持 0 1 1 0 1 1 图 3 2 CD4013 的外引脚排列图 1 脚是原码输出端 8 脚是直接复位端 1 8 2 脚是反码输出端 9 脚是数据输入端 2 9 3 脚是时钟输入端 10 脚是直接复位端 3 10 4 脚是直接复位端 11 脚是时钟输入端 4 11 5 脚是数据输入端 12 脚是反码输出端 5 12 6 脚是直接复位端 13 脚是原码输出端 6 13 7 脚接地 14 脚是电源 7 14 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 11 Dec 2010Sheet of File C Documents and Settings Administrator 交交 MyDesign3 ddbDrawn By U COMPONENT 1 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 Q1 Q1 CP1 R1 D1 S1 VSS VDD Q2 Q2 CP2 R2 D2 S2 CD4013 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 7 图 3 3 CD4013 双上升沿 D 触发器的封装图 3 1 2 CD4013 双上升沿 D 触发器构成的单稳态电路工作原理 单稳态触发器具有以下特点 第一 它只有一个暂稳状态 第二 在外 来触发信号的作用下 能够由稳定状态翻转到暂稳态 第三 暂稳状态维持 一段时间后 将自动返回到稳定状态 而暂稳态时间的长短与触发脉冲无关 仅取决于电路的参数 这种电路在数字系统和装置中 一般用于定时 产生 一定宽度的方波 整形 把不规则的波形转换成宽度 幅度都相等的脉冲 以及定时等 M 为触摸电极片 手指摸一下 M 使人体泄漏的交流电在 R4 上 的压降 其正半周信号进入 IC 的第 3 脚即单稳态电路的 CP 端 使单稳态电 路反转进入瞬时 其输出端 Q 即 1 脚由原来的低电位跳变为高电位 此高电 位经 R3 向 C2 充电 使 4 脚即 R3 端的电位上升 当上升到复位 Reset 电位 时 单稳态电路复位 1 脚恢复低电位 所以每触摸一次电极片 M 1 脚就 输出一个固定宽度的正脉波 图 3 4 所示是用 CD4013 双上升沿 D 触发器构成的单稳态触发器 脉冲整形电路 R1 R2 R3 C 是外接元件 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File H MyDesign ddbDrawn By S 6 CLK 3 D 5 R 4 Q 1 Q 2 A D R1 5 1M R2 2M R3 5 1M C 0 22U VCC 交交交交 交交交交 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 8 图 3 4 用 D 触发器构成的单稳态电路 3 1 3 CD4013 双上升沿 D 触发器构成的双稳态电路工作原理 在电子电路中 其双稳态电路的特点是 它有两个稳定状态 在没有外 来触发信号的作用下 电路始终处于原来的稳定状态 由于它具有两个稳定 状态 故称为双稳态电路 在外加输入触发信号作用下 双稳态电路从一个 稳定状态翻转到另一个稳定状态 双稳态电路在自动化控制中有着广泛的应 用 D 触发器有两个互补的输出端与 可构成两个稳定状态 当 1QQQ 时 0 反之当 0 时 1 图中将端与数据端口相连 即构成一QQQQ 双稳态电路 假定此时 D 触发器 0 时 1 从触发端 CL 输入一正QQ 脉冲 触发器将 D 端高电平送入触发器 触发器翻转 端变为 1 QQ 端变为 0 如果撤去外加触发信号 电路就保持在 1 时 0 的稳定QQ 状态 如果再在 CL 端输入一正脉冲信号 将 D 端低电平送入触发器 Q 为 0 为 1 电路保持在这一稳定状态 从图中可知 此时的触发器构Q 成的双稳态电路的翻转与置位端 S 复位端 R 无关 图 3 5 用 D 触发器 构成的双稳态电路 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File H MyDesign ddbDrawn By S 6 CLK 3 D 5 R 4 Q 1 Q 2 A D R 2K 交交交交交交交交 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 9 图 3 5 用 D 触发器构成的双稳态电路 3 2 整流稳压电路设计 3 2 1 整流桥的介绍 整流桥作为一种功率元器件 非常广泛 应用于各种电源设备 其内 部主要是由四个二极管组成的桥路 来实现把输入的交流电压转化为输 出的 直流电 整流桥就是将整流管封在一个壳内了 分全桥和半桥 全桥是将连 接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起 半桥是将两个二极管桥式整流的 一半封在一起 用两个半桥可组成一个桥式整流电路 一个半桥也可以组成变压 器带中心抽头的全波整流电路 选择整流桥要考虑整流电路和工作电压 如图 3 6 全波整流稳压电路的工作原理如下 电源为正半周时 对 D1 D3 和方向电压 Dl D3 导通 对 D2 D4 加反向电压 D2 D4 截止 电路中构成 Dl rfz D3 通电回路 在 rfz 上形成上正下负的半波整洗电压 e2 为负半 周时 对 D2 D4 加正向电压 D2 D4 导通 对 D1 D3 加反向电压 D1 D3 截止 电路中构成 D2 rfz D4 通电回路 同样在 rfz 上形成上正下负的另 外半波的整流电压 如此重复下去 结果在 rfz 上便得到全波整流电压 其 波形图和全波整流波形图是一样的 从图 3 6 中还不难看出 桥式电路中每只 二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值 比全波整洗电路小一半 电路中 VS 为 12V 稳压二极管 他的作用是保持直流电压输出的稳定 保证后 序电路良好的工作 电阻 R1 为限流电阻 防止大的电流对后序电路的冲击损 坏元器件 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Dec 2010Sheet of File C Users Administrator Desktop 交交 MyDesign1 ddbDrawn By 1 2 3 4 交交 2 2 0 V D1D2 D3D4 R1 51K VS 12V 交交 交交 rfz 5k Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 10 图 3 6 全波整流稳压电路 3 2 2 稳压二极管介绍 稳压二极管工作原理一种用于稳定电压的单伪结二极管 它的伏安特性 电路符号如图所示 结构同整流二极管 加在稳压二极管的反向电压增加到 一定数值时 将可能有大量载流子隧穿伪结的位垒 形成大的反向电流 此 时电压基本不变 称为隧道击穿 当反向电压比较高时 在位垒区内将可能 产生大量载流子 受强电场作用形成大的反向电流 而电压亦基本不变 为 雪崩击穿 因此 反向电压临近击穿电压时 反向电流迅速增加 而反向电 压几乎不变 这个近似不变的电压称为齐纳电压 隧道击穿 或雪崩电压 雪崩击穿 如图 3 7 所示稳压二极管原理图 图 3 7 稳压二极管原理图 3 3 同步触发电路设计 同步触发电路如图 3 8 所示由单结晶体管 晶闸管 电阻 电容 和电位 器组成 它的工作原理如下 在交流电的每半个周期内 当电容 C1 上充电电 压达到单结晶体管 VU1 的导通电压时 VU1 由截止变为导通 电容 C1 通过 VU1 放电 其放电电流在电阻如 R3 上形成一个尖脉冲 触发晶闸管 VTH1 导通 灯 泡点亮 C1 放完电 交流电的下一个半周到来后又对 C1 充电 重复上述过程 在交流电过零时 C1 上电压也为零 这就保持了触发脉冲与交流电同步 C1 的充放电速度不同 晶闸管 VTH1 的触发相位角也不同 使得晶体管 VTH1 的导 通角不同 从而使灯泡的亮度也不同 因此 改变 RP1 阻值或改变 VT1 VT2 的内阻 即可改变电容 C1 的充放电速度 达到调光的目的 带开关的电位器 RP1 用于手动调光 打开 S S 闭合 调节 R5 的阻值大小 使电容两端大小改变 即可改变灯光亮度 当单结晶体管及电容均已确定时 改变电阻 R3 的阻值可 以调节脉冲宽度 达到调光的目的 一般情况下 R3 取 50 100 欧姆 为了 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 11 保证晶闸管可靠的工作 对触发电路有以下几点要求 1 触发时 能够提供足够的触发脉冲电压和电流 由于晶体管控制极参数 的分散性及随温度变化的不稳定性 为了使所有合格的晶闸管均能触发导通 又不损坏控制极 一般要在触发电路接到晶闸管控制极时 输出脉冲的幅度为 4 10 V 2 晶闸管不应导通时 触发电路输出的漏电电压不超过 0 25V 以避免发生 误导通 3 触发脉冲的前沿要陡 以保证触发时间准确 一般要求前沿时间不小于 10us 4 触发脉冲要有足够的宽度 因为晶闸管的导通需要一定时间 触发脉冲 的持续时间必须比其更长 才能达到可靠地触发 对于电阻性负载电路 一般 要求脉冲宽度大于 20us 图 3 8 同步触发电路 电阻 R2起温度补偿作用 因为峰点电压如图 3 9 所示 UP UBB UD 当 温度升高时 UD减小 使 UP随温度的升高而减小 但单结管内部两个基极之 间的电阻将随温度的升高而增加 使 IBB随之减小 则 R2上的压降 IBBR2相应 减小 结果使 UBB升高 从而补偿了 UD的减小 使 UP基本不变 保证产生脉 冲的时间比较稳定 一般情况下 选 R2 300 500 如图 3 9 单结晶体管特性曲线 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File E 交交 交交交交交交 protel交交交 zy Ddb Drawn By VTH1 R1 51K R2 300 R4 510K R6 20K R3 91 VU1 C 0 47U R5 510K S R7 2 4K Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 12 3 3 1 单结管震荡电路 单结晶体管单结晶体管 简称 UJT 又称基极二极管 它是一种只有一个 PN 结和两个电阻接触电极的半导体器件 它的基片为条状的高阻型硅片 两端 分别用欧姆接触引出两个基极 b 在硅片中间略偏 b2 一侧用合金法制作一个 P 区作为发射极 e 单结晶体管具有大的脉冲电流能力而且电路简单 因此在 各种开关应用中 在构成定时电路或触发SCR 等方面获得了广泛应用 它 的开关特性具有很高的温度稳定性 基本上不随温度而变化 如图 3 10 所示为单结晶体管组成的振荡电路 所谓振荡 是指在没有 输入信号的情况下 电路输出一定频率 一定幅值的电压或电流信号 当合 闸通电时 电容 C 上的电压为零 管予截止 电源 E 通过电阻 R 对 C 充电 随时间增长电容上电压 uC 逐渐增大 一旦 UEB1 增大到峰点电压 UP 后 管子进入负阻 区 输入端等效电阻急剧减小 使C 通过管子的输入回路 迅速放电 iE 随之迅速减小 当 UEB1 减小到谷点电压 Uv 后 管子截止 电容又开始充电 上述过程 循环往返 只有当断电时才会停止 因而产生 振荡 由于充电时间常数远大于放电时间常数 当稳定振荡时 电容上电压 的波形如图 3 11 所示 图 3 10 单极晶体管振荡器电路图 图 3 11 单极晶体管振荡器波形 图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 18 Dec 2010Sheet of File C Users Administrator Desktop 交交 MyDesign1 ddbDrawn By E R2 91 R1 20K C 0 47u U1 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 13 3 4 调光缓变电路设计 调光缓变电路如图 3 12 所示 由三极管 9014 电阻 R1 R2 电容 C1 组成 当 12v 电源电压通过 R1 向 C2 充电 C2 两端电压逐渐升高使 VT2 的基极电压逐渐升高 VT2 由截止渐渐向饱和过度 其内阻逐渐由高变低 灯泡由暗渐亮 当断开电源时 C2 通过 R8 放电 VT2 的基极电压渐渐降 低 灯泡由亮渐暗 实现了渐亮 渐灭的功能 如图 3 12 所示调光缓变电路 3 4 1 电容的选择 电容 或电容量 Capacitance 指的是在给定电位差下的电荷储藏量 记为 C 国际单位是法拉 F 一般来说 电荷在电场中会受力而移动 当导 体之间有了介质 则阻碍了电荷移动而使得电荷累积在导体上 造成电荷的累 积储存 最常见的例子就是两片平行金属板 也是电容器的俗称 电容 或称电容量 是表征电容器容纳电荷本领的物理量 我们把电容器的 两极板间的电势差增加 1 伏所需的电量 叫做电容器的电容 电容器从物理学 上讲 它是一种静态电荷存储介质 就像一只水桶一样 你可以把电荷充存进 去 在没有放电回路的情况下 刨除介质漏电自放电效应 电解电容比较明显 可能电荷会永久存在 这是它的特征 它的用途较广 它是电子 电力领域 中不可缺少的电子元件 主要用于电源滤波 信号滤波 信号耦合 谐振 隔 直流等电路中 此次电路设计中电容起到了关键作用 如图3 12 电容 C2 是调光 缓变电路的关键部件 它的容量的选择直接影响 灯充放电时间 根据公式 来选择电容 T RC In V1 V0 V1 Vt V0 电容初始值电压 V1 电容最终可充到或放到电压值 Vt 为 t 时刻电容上的电压值 已知电源电 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File E 交交 交交交交交交 protel交交交 zy Ddb Drawn By VT2 9014 R1 47K R2 510K C2 220u 12V VCC Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 14 压是 12v 充电电阻 47k 时间常数为 5s 则所求电容根据公式可求电容大 约是 100uf 同时还可根据实际需要通过改变电容或电阻值 来调节渐亮渐 灭的时间 使用非常方便 3 5 测光电路设计 测光电路如图 3 13 所示由三极管 VT3 电容 C3 电位器 RP2 RP3 光 敏电阻 RL 组成 它的作用当光线较强时 RL 的阻值变小 VT3 的基极电位 降低 其内阻变大 使触发电路的电容充放电速度变慢 灯泡的亮度降低 当光线较暗时 调整过程相反 灯泡亮度升高 C3 和 R10 组成延时电路 可 以保证当光线突然变化时 灯泡的亮度不会突然变化 图 3 13 测光电路 3 5 1 光敏电阻的介绍 如图 3 14 所示光敏电阻又称光导管 常用的制作材料为硫化镉 另外 还有硒 硫化铝 硫化铅和硫化铋等材料 这些制作材料具有在特定 波长的 光照射下 其阻值迅速减小的特性 这是由于光照产生的载流子都参与导电 在外加电场的作用下作漂移运动 电子奔向电源的正极 空穴奔向电源的负 极 从而使光敏电阻器的阻值迅速下降 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File E 交交 交交交交交交 protel交交交 zy Ddb Drawn By VTH1 R1 51K R2 300 R4 510K R6 20K R3 91 VU1 C 0 47U R5 510K S R7 2 4K 12v VT2 9014 R RES2 R1 47K R2 510K C2 220u 12V C3 470u R1 5 1K R1 5 1K R RES2 RL VT3 9014 RP2 RP3 10K 交交交交交 100k 12V Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 15 图 3 14 光敏电阻 RL 的封装图 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱 而改变的电阻器 入射光强 电阻减小 入射光弱 电阻增大 光敏电阻器 一般用于光的测量 光的控制和光电转换 将光的变化转换为电的变化 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器 它是由半导体材料制成的 光敏电阻 器的阻值随入射光线 可见光 的强弱变化而变化 在黑暗条件下 它的阻 值 暗阻 可达 1 10M 欧 在强光条件 100LX 下 它阻值 亮阻 仅有几 百至数千欧姆 光敏电阻器对光的敏感性 即光谱特性 与人眼对 可见光 0 4 0 76 m 的响应很接近 只要人眼可感受的光 都会引起它的阻值 变化 设计光控电路时 都用 白炽灯泡 小电珠 光线或自然光线作控制光 源 使设计大为简化 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 在半导体光敏材料两端装上电 极引线 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻 为了增加灵敏度 两电极常做成梳状 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物 硒化物 和碲化物等半导体 通常采用涂敷 喷涂 烧结等方法在绝缘衬底上制作很 薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极 接出引线 封装在具有透光镜的密封壳体 内 以免受潮影响其灵敏度 在黑暗环境里 它的电阻值很高 当受到光照 时 只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度 则价带中的 电子吸收一个光 子的能量后可跃迁到导带 并在价带中产生一个带 正电荷的空穴 这种由光 照产生的电子 空穴对了半导体材料中载流子的数目 使其电阻率变小 从 而造成光敏电阻阻值下降 光照愈强 阻值愈低 入射光消失后 由光子激 发产生的电子 空穴对将复合 光敏电阻的阻值也就恢复原值 在光敏电阻 两端的金属电极加上电压 其中便有电流通过 受到波长的光线照射时 电 流就会随光强的而变大 从而实现光电转换 光敏电阻没有极性 纯粹是一 个电阻器件 使用时既可加 直流电压 也加交流电压 半导体的导电能力取 决于半导体导带内载流子数目的多少 3 6 LED 光源电路设计 LED 光源电路如图 3 15 所示 它由电容才 C1 C2 电阻 R1 R2 R3 四只整流二极管 40 只白发白 LED 组成 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 16 图 3 15 LED 光源电路 3 6 1 发光二极管介绍 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识 第一个商用二 极管产生于 1960 年 二极管 LED 是英文 light emitting diode 发光二极管 的缩写 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料 置于一个有引线的架 子上 然后四周用环氧树脂密封 起到保护内部芯线的作用 所以 LED 的抗 震性能好 二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片 在 p 型半 导体和 n 型半导体之间有一个过渡层 称为 p n 结 在某些半导体材料的 PN 结中 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式 释放出来 从而把电能直接转换为光能 PN 结加反向电压 少数载流子难以 注入 故不发光 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 17 Dec 2010Sheet of File E 交交 交交交交交交 protel交交交 zy Ddb Drawn By VD4VD3 VD2VD1 C1 0 33u R1 100K R2 100K R3 1K C2 4 7u D2 D3D4 D5 D6 D7D8D9 D10 D11 D12 D13D14D15D16 D17 D18 D19 D20 D21D22D23D24D25 D26 D27 D28 D29 D30 D31D32D33D34D35D36 D37 D38 D39 D40 D1 220V Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 17 通称 LED 当它处于正向工作状态时 即两端加上正向电压 电流从二极 管 LED 阳极流向阴极时 半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线 光的强弱与电流有关 本章小结 这一章主要介绍了视力保健台灯电路的功能 该电路组成及个部分作用 并对他们进行了分布说明 单元电路的设计是这一章的重点 本章还侧重说明 了触摸开关电路的设计和工作原理 阐述了由 CD4013 内部 D 触发器构成的单 稳态和双稳态电路的原理 以及比较特殊器件如单结晶体管 发光二极管特性 和相关电路的分析 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 18 第 4 章 整机电路的工作原理 本章按照电路结构和各电路的工作特点描述整机电路的工作原理 通过 对整机电路的工作原理的介绍 更清楚地了解时间优先鉴别电路的工作过程 和使用方法 4 1 整机电路的原理 结合附录 3 给出的电路原理图说明整机电路的原理 电路接通电源后 LED 灯并没有立刻发光 而是当人体接触触摸开关时 在高电平触摸脉冲的作用下晶闸管导通 12v 电源通过电阻 R 向电容 C 充电 C 两端电压逐渐升高 使三极管 VT2 基极电压逐渐升高 VT2 由截止渐渐向饱 和过度 其内阻逐渐由高变低 此时电容 C 两端电压逐渐升高 单结晶体管震 荡产生的尖峰脉冲触发晶闸管 vth1 导通 LED 灯逐渐变亮 同时测光电路可自 动检测环境光线的强度 自动调节灯光的亮度 并可根据个人喜好调节带开关 的电位器 RP1 进行手动调光 当人体再一次接触触摸开关时 触摸脉冲由高电 平跳变到低电平 此时晶闸管 VTH2 截止 电容 C2 通过电阻 R8 放电 C2 两 端电压逐渐降低 使 VT2 基极电压逐渐降低 VT2 由饱和逐渐向截止过度 其内阻逐渐有低变高 灯泡由亮渐灭 达到了调光缓变的目的 使眼睛不易疲 劳 保护视力 本章小结 本章节主要介绍了视力保健台灯电路的整机电路原理 结合附录 3 给出的 电路原理图可以表明整个电路结构 各单元电路的具体形式和他们之间的连接 方式 从而表达了整机电路的工作原理 它是本次设计的核心内容 通过对 整机电路工作原理的分析 进一步了解其工作过程 为整机电路的调试工作 做好准备 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 19 第 5 章 电路的安装与调试及元器件的检测 电路的安装与调试是电路设计过程中最重要的环节 本章主要介绍了电 路的安装步骤 布线原则 接地问题以及调试过程中应注意的问题 并对单 元电路和整机电路的调试过程进行讲解 5 1 整机电路安装步骤 在组装整机电路时 有三种方式可以选择 分别是利用面包板连接电路 用万用板焊接电路 用电子线路做成 PCB 电路 利用面包板连接电路的优点 是电路连接方便且易于调试 但电路接触不良 调试不稳定 万用板的优点 是电路稳定和调试方便 但电路焊接复杂 不易布线 利用 PCB 焊接电路的 优点是电路工作稳定 焊接方便 工艺美观 但造价昂贵 如发现电路有错 不易调试 根据三种安装方式的优缺点 本电路采用万用板进行焊接电路来 实现所要求的技术指标 整机电路的安装步骤如下 1 分析电路原理图 将整机电路的工作原理分析透彻 清楚地理解电路 的信号流程 为下一步工作做好准备 2 合理布局 根据各元器件引脚排列图和电气特性将各级电路进行合理 布局 3 电路连线 将电路按照已安排的布局进行连线 连线时必须认真 仔 细 保证电路连接准确无误 4 调试电路 电路连接后 按照课题的技术指标进行调试电路 电压会 有较大的测量误差 连接非常重要 选得不合适会产生电路的干扰 甚至不 能正常工作 一般情况下 为合理接地需要注意如下几点 1 电路尽可能一点接地 这样可以避免地电流干扰和寄生反馈 2 输出级和输入级不要共同一条地线 3 输入信号的 地 应就近在输入级的地端 不要和其他地方的地线公用 4 各种高频和低频去耦电容的地端 应尽可能远离输入级的接地点 可靠 近高电位的接地端 5 2 电路的检测与调试 5 2 1 电路的检测 对照电路图检查电路元 按整机电路图在万用板上焊接电路 焊接完成 后检查电源 地线 信号线 元件引脚之间有无短路 导线有无接触不良 有 无错线 少线和多线 电解电容引脚有无错接 集成芯片是否插对等问题器件 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 20 是否连接正确 器件管脚 电容极性 电源线 地线是否接对 连接或焊接 是否牢固 电源电压的数值和方向是否符合设计要求等 以上都检查无误后 把经过准确测量的 5V 电源电压加入电路的输入端 然后观察有无异常现象 包括有无冒烟 是否闻到异常气味 手摸元件是否发烫等 如果出现异常 应 立即关闭电源 排除故障直到给电路通电无以上问题出现为止 即可通电调试 各部分电路 5 2 2 整机的调试 单元电路安装好后 应该先认真进行通电前的检查 通电后 检查每片 集成电路的工作电压是否正常 该集成电路电源电压为 5V 这是电路进 行有效工作的基本保证 调试该单元电路直至正常工作 调试可分为静态调 试和动态调试两种 一般组合电路应静态调试 时序电路应动态调试 统调 电路的方法是将已调试好的若干单元电路连接起来 然后跟踪信号流向 由 输入到输出 由简单到复杂 依次测试 直至正常工作 调试控制电路分为两步 第一步单独调试控制电路本身 施加于控制电 路的各个信号可以人为设定为某种状态 直至正常工作 第二步将控制电路 与系统主电路中各个功能部件连接起来 进行电路统调 电压测量或用示波器探头测试波形时 表笔或探头不要由于滑动而造成集成 电路引脚间短路 最好在与引脚直接连通的外围印刷电路上进行测量 任何 瞬间的短路都容易损坏集成电路 在测试扁平型封装的 CMOS 集成电路时更 要加倍小心 视力保健台灯电路 虽然集成电路使用不多 但分立元件调试较为困难 在调试过程中遇到问题时调试步骤如下 1 电路安装好后 检查无误后 接通电源在确认开关接通后 灯不亮 当用示波器检查触摸开关电路 13 脚输出端时 示波器显示有脉冲输出而且 幅度和宽度都满足求 说明触摸开关电路无问题 晶闸管 VTH2 能导通 2 用示波器检查同步出发电路输出端 也就是电阻 R3 两端是否有尖 峰脉冲 示波器无显示 说明 单结晶体管电路没有震荡 晶闸管 VTH1 没有 打开 导致 LED 光源没有回路所以不亮 问题出在后级电路中 3 用万用表检查电容 C1 两端电压 C1 两端电压幅度过小 导致单结 晶体管电路不能产生震荡 继续向后级检查调节电位器 RP1 阻值大小 灯仍 旧不亮 4 分析原因电路问题可能出现在测光电路 当调节 RP2 两端电压时 灯果然慢慢变亮 这时我才恍然大悟 原来是三极管的基极电位太低 不足 以使其导通 导致电容 C1 两端电压过低 单晶体管电路不能产生尖峰脉冲 晶闸管没有导通 LED 光源才没有发光的 Xxx 大学毕业设计 论文 大学毕业设计 论文 21 5 3 元件的检测 5 3 1 电容器的检测 电容一般有瓷片电容和电解电容 电解电容有正负之分 一般来讲管脚长 的为正极 管脚短的为负极 电解电容的好坏我们可以用万用表来测量 首先把电阻档放在 R 1K 上 然后用红表笔接触在电解电容的负极上 指针便 立刻迅速向右摆动 接着又慢慢向回摆动 待指针不动时 又回到原来位置 这说明电解电容完好 如果不能回到原来位置 则说明电解电容完好 如果不 能回到原来位置 则说明电解电容漏电 指针离原来位置 则说明电解电容漏 电 指针离原来位置越远 说明漏电程度越大 电容器的检测主要用万用表法 这种方法适用于无极性绝缘电阻的测量 测量 时将万用表电阻接置于 10K 挡 将两只表笔分别接电容器的两个引脚 对于 一般小电容量的电容器 此时测得的电阻值应为无穷大或无穷小 对于容量较 大的电容器 万用表指针会先沿顺时针方向摆动一下 然后会很快指向无穷大 如果测得的电阻值小于 1M 说明电容器漏电严重或介质有损坏现象 电容器 不能使用 测试时注意不要用手拿电容器的两个引线 否则人体电阻将会对测 试结果带来影响 5 3 2 发光二极管及整流二极管的检测 1 检测发光二极管的正负极可参照普通二极管的方法 但由于发光二极管 的正向导通电压在 1 8V 以上 因此必须使用设有 R 10K 挡 内装 9V 以上电 池的万用表进行测量 检测发光二极管正常发光性能的方法有两个 一是找一只漏电流较小的 220